區域建筑低碳能源規劃的實踐

陳　鵬

上海市建筑科學研究院

區域建筑低碳能源規劃的實踐

陳鵬

上海市建筑科學研究院

區域低碳能源規劃是實現低碳目標的重要措施。通過總結多個生態城區區的低碳能源規劃實踐，梳理了區域低碳能源規劃總體思路，提煉出在規劃過程中需關注的4個要點：能耗總量控制、區域能源系統方案、可再生能源利用、能源智慧化管理，強調了規劃過程中對規劃內容的落地性的重視。

低碳能源規劃；區域能源系統；能源智慧化管理

Fund Item: Research on Low Carbon Smart Park Construction Technology and Comprehensive Service Platform Based on Mobile Internet Technology（15DZ1204602）

1　概述

能源問題是困擾人類生存及發展的重大問題，我國作為全球發展速度最快的經濟大國，能源問題尤為突出。至2014年，我國能源消耗總量已達42.6億噸標準煤，與2008年相比較，能源消耗總量翻了一番，能源消耗的急劇增加已經逐漸接近能源供應的底線，嚴重制約我國經濟社會的發展。而城市能源規劃對于協調能源供求關系，合理使用能源資源，解決城市發展和環保約束之間的矛盾等重大問題，起著至關重要的作用。

傳統能源規劃，主要是一個部門規劃或是一個行業規劃，規劃內容主要以能源預測和能源供應計劃為主，較少涉及用能方式、節能措施和污染治理等方面，與生態環境結合不夠緊密。隨著能源對社會經濟、環境、人民生活水平影響的加深，以及能源發展戰略的轉型，傳統能源規劃已不能滿足社會經濟增長與資源環境可持續發展的矛盾。在“城市”或區域的層面上編制低碳能源規劃，在城市發展和建設中實現能源的優化配置和合理利用，這是實現能源可持續發展戰略的關鍵［1］。

2　區域建筑低碳能源規劃工程實踐

經多個區域能源規劃實踐總結，得到區域低碳能源規劃基本工作思路（圖1所示）。低碳能源規劃，不在于某項技術的簡單應用，而在于技術體系之間的平衡、集成、共享、量化管理及本地化特色等。因此，通過低碳能源規劃，明確區域碳減排的量化目標，進行該區域能源消耗的有效控制、能源結構的合理調整、能源系統的高效應用以及能源體系的優化管理，最終實現低碳生態城市低碳建設目標［2］。

圖1　上海某城區低碳能源規劃思路示意

2.1能耗總量控制

區域能耗總量控制包括能耗定額體系制定和能耗定額管理。即通過給出各類建筑運行能好的上限約束量，并制定能耗定額的管控辦法，保證區域內80%以上建筑實際運行能耗低于相應建筑能耗定額值，進而控制區域能耗總量［3］。

圖2　上海某地區能耗定額方案

2.1.1建筑能耗定額

以上海地區為例，目前已有《市級機關辦公建筑合理用能指南》（DB31/T550-2011）、《大型公共文化設施建筑合理用能指南》（DB31/T511-2011）、《大型商業建筑合理用能指南》（DB31/T552-2011）、《綜合辦公建筑合理用能指南》（DB31/T555-2013）等相關用能定額標準頒布。規劃階段，該地區的新建建筑在設定用能定額時可參考，并根據具體定位，制定低于市級用能指南的能耗值，要求做建筑節能優化方案設計說明。表1和圖2是對上海某地區的建筑能耗定額情況，要求低于市級用能指南的能耗值的10%。

表1　上海某區域建筑類型能耗定額

2.1.2能耗總量控制管理

要保證區域能耗總量控制的最終落地，制定完善并可操作的管理措施是關鍵。能耗總量管控需從規劃階段至運行管理階段，全過程全生命周期提出管控措施，具體可參考如下：

（1）規劃階段規劃部門與業主商定、審批全年用能量及最大用電量。

（2）方案招投標標書中提供建筑規劃用能的論證材料，評標方通過組織專家對論證材料進行評審。

（3）設計階段設計方將建筑規劃用能量分配到各專業。各專業計算出設計方案的具體能源消耗量。考察能否實現節能目標。

（4）設備招投標設計選擇的設備具體性能成為設備招投標的標的，設備投標方依據標的提出的設備性能提供設備。

（5）施工階段建立工程竣工節能驗收，通過現場測試與子系統的性能，估算全年能耗，考察能否達到規劃用能量 。

（6）運行管理公共建筑“用能分項計量”，對各分項系統的用能指標進行集中動態監測管理，與用能標準比較；實行用能定額管理制。

（7）節能診斷組織節能服務公司，以用能定額為基準，進行節能服務和節能改造，并依據定額指標進行評估。

2.2區域能源系統方案

區域能源系統是指區域供熱、區域供冷、區域供電以及解決區域能源需求的能源系統和它們的綜合集成，它是區域能源規劃遵循的“開源節流、提高能效“原則中，提高區域能源效率的關鍵一環，在實際工作中重點考慮的能源利用形式。區域能源系統較單體能源系統相比，可以減少設備的總裝機容量、設備設施的用房面積，提高能源系統的效率和能源系統的管理水平，并且因國家地方扶持政策，而更具應用前景，圖3某熱電冷聯產原理示意圖。

圖3　熱電冷聯產原理示意

表2　建筑群能源系統調研情況

（1）區域能源系統方案選擇

建筑群能源系統供能方案一般包括：①常規冷機+鍋爐，區域供冷供熱；②燃氣輪機+溴化鋰制冷機組，即燃氣熱電冷三聯供系統。同時，增設冰/水蓄冷設備滿足調峰需要，并結合項目資源情況，耦合可再生能源技術，如土壤源熱泵、水源熱泵、海水源熱泵及污水源熱泵（表2為區域能源系統調研情況）。

圖4是為為上海某城區規劃的能源系統方案。規劃建設兩處分布式能源，服務建筑總面積為206萬m2。系統方案為以冷/熱定電，總裝機容量為30 MW。滿足供應范圍的空調冷熱負荷，部分用電需求，余熱利用設備宜采用吸收式溴化鋰制冷機組，同時結合地塊情況采用了土壤源熱泵技術。

（2）區域能源系統可行性論證

從對區域建筑能源系統的調研情況來看，目前已建成的項目部分存在失敗停運的現象。造成區域能源系統停運的主要因素有系統配置不合理，節能效益不明顯、經濟效益差、投資回報期長等原因。因此，前期對區域能源系統的可行性做詳細的論證分析尤為關鍵。論證內容包括項目能源政策背景、區域建筑能耗預測、工藝方案設計、運營模式探討、成本效益回收期預估、能源站選址、環境影響評估等內容，以支撐區域能源項目方案的可行性［4］。

圖4　上海地區某低碳城能源系統規劃示意

2.3可再生能源利用

《進一步推進可再生能源建筑應用的通知》（2011）明確了“十二五”期間可再生能源建筑應用推廣目標，力爭到2015年底，新增可再生能源建筑應用面積25億平方米以上，形成常規能源替代能力3 000萬t標準煤，到2020年，實現可再生能源在建筑領域消費比例占建筑能耗的15%以上。可再生能源在建筑中的應用與發展，一定數量上代替了常規能源，為建筑節能減排做出一定貢獻。規劃項目中對可再生能源利用的規劃應遵循“應地制宜，適宜性開發“的原則，合理制定可再生能源利用目標，明確可再生能源利用形式，分析可再生能源潛力，計算可再生能源增量成本，最終促使項目的落地。

（1）可再生能源利用形式

建筑可利用的可再生能源主要有：太陽能、風能、淺層地熱能、地表水低溫熱能、空氣熱能、生物質能等。能源規劃中對可再生能源的利用總量控制，并根據項目條件，在區域內進行規模示范或小型示范。

太陽能，太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，是建筑節能設計的主要手段。在項目中，利用形式主要為太陽能光熱，滿足有生活熱水需求的民用建筑的部分用能；太陽能光伏，滿足公共建筑的部分建筑用電，并考慮光電上網的可能性。

土壤源熱泵，利用地下土壤作為熱泵低位熱源的熱泵系統。適用于地塊容積率較低、有空調需求的建筑。根據埋管方式的不同，土壤源熱泵可分為水平埋管、垂直埋管和螺旋型埋管三大類埋管方式的不同，土壤源熱泵可分為水平埋管、垂直埋管和螺旋型埋管三大類。

風能，目前主要是三種方式：在建筑物頂上放置風機利用屋頂上較大的風速，進行風力發電；將建筑物設計為風力集中器型式，利用風在吹過建筑物時的風力集結效應，將風能加強進行風力發電；城市建筑表皮材料風能收集。

（2）可再生能源潛力分析

對可再生能源的開發利用需在資源可達，經濟適宜的前提下進行，才能獲得建設方支持，保證能源項目的最終落地。上海某低碳城區可再生能源利用地塊分解圖如圖5所示。

太陽能利用，根據可利用屋頂面積或可鋪設太陽能板的面積，即有效面積對規劃的光熱或光電利用量進行校核，如有效面積提供的太陽能小于規劃目標，則需調整目標目標。

土壤源熱泵，項目前期需對地塊土壤勘察，考察土壤換熱能力及土質的埋管難易程度。分析地塊可埋管面積、地埋管換熱效率，由此得到的可再生能源利用量，即潛力與規劃土壤源熱泵可再生能源利用量進行校核，不足則調整規劃目標。

圖5　上海某低碳城區可再生能源利用地塊分解

圖6　智慧能源管理系統架構示意

2.4能源智慧化管理

低碳能源規劃要利用好時下先進的自動化及信息化技術，對區域建筑、市政設施的能源消耗環節實施集中扁平化動態監控和數字化分析及管理，打造可視化，智能化的區域能源管理平臺（如圖6所示）。

區域能源管理平臺，實現對大多數重點建筑及其他重要用能板塊的動態能耗監測；建成基于能源管理平臺的節能監管體系，并通過與能耗統計、能源審計、能效公示、用能定額和超定額加價等制度相結合，促進區域內建筑、市政節能運行和節能改造。包括以下內容。

建筑能耗管理：安裝水、電、氣、熱等分項計量裝置，重點對用電進行分項計量；定時采集數據，通過傳輸設備（數據采集器）傳輸到市級平臺（數據中心或者數據中轉站）。

市政能耗管理：對道路照明、公共停車場照明、雨水泵、污水泵、給水泵、公園照明市政設備能耗數據監測上網。

區域能源系統管理：監測能源站用氣，供電及供熱供冷量，結合用戶數據優化系統運行；區域供能按能量計量收費。

3　結語

對區域低碳能源規劃實踐工作進行了梳理，分析了工作流程中的四個重點內容及上海某區域低碳能源規劃案例，并著重強調了規劃內容在項目中的可落地性。區域能耗總量控制，不僅要求合理地確定建筑能耗定額，還要制定全過程的管控措施來保證能耗總量目標的實現；區域能源系統可以有效提高區域能源供應效率，但在項目前期進行經濟可行性分析尤為關鍵；本著“應地制宜，適宜性開發“的原則，挖掘區域可再生能源利用潛力，提高可再生能源在建筑能耗中的占比，促進節能減排；利用信息化，自動化技術，打造可視化，智能化的區域能源管理平臺，是信息時代賦予對能源規劃的一新要求，也是一新優勢條件。

［1］徐寶萍 ，徐穩龍. 低碳形勢下的區域能源規劃方法及實踐［J］. 暖通空調.2012（42）

［2］張改景，龍惟定.碳夾點技術在區域建筑能源規劃中的應用研究［C］. 龍惟定城市發展研究第7屆國際綠色建筑與建筑節能大會論文集

［3］孫樺，韓繼紅，高月霞，張改景.上海地區低碳生態城區建設模式與實踐發展［J］.綠色建筑，2012（2）

［4］張改景，龍惟定， 苑翔. 區域建筑能源規劃系統的能值分析研究［J］. 建筑科學.2018（12）

Practice of Regional Architecture Low Carbon Energy Planning

Chen Peng
Shanghai Architecture Research Institute

Regional low carbon energy planning is an important measure to realize low carbon target. Through summarization of several ecological city regional low carbon energy planning practice， it sorts out general ideas of regional low carbon energy planning and concludes four key points during planning process： general energy control， regional energy system plan， renewable energy usage， smart energy management， which puts on high value on planning content feasibility during planning process.

Low Carbon Energy Planning， Regional Energy System， Smart Energy Management

基于移動互聯網技術的低碳智慧園區建設技術和綜合服務平臺研究（15DZ1204602）

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.06.010